Diagnostyka urządzeń i zarządzanie aktywami

Sterowniki przemysłowe i sieci stają się coraz inteligentniejsze – jednak czy my wiemy, jak ich używać i w jaki sposób korzystać z tej wiedzy? Pewien konsultant ds. automatyki dzieli się z nami refleksjami na temat swoich doświadczeń, sytuacji w branży i sposobu, w jaki zakłady mogą lepiej wykorzystywać te informacje.
Czy skuteczne zarządzanie aktywami to w gruncie rzeczy trudność natury technicznej, czy też największą rolę odgrywa czynnik ludzki? Pierwsze słowo w zwrocie „zarządzanie aktywami” może stanowić poważniejszy problem. Na podstawie doświadczenia, jakie zdobyłem podczas lat pracy w Shell Global Solutions i z powodu związków z różnymi organizacjami technicznymi, mogę stwierdzić, że niepokojący jest fakt, iż najwyraźniej istnieje stosunkowo niewiele firm, które używają narzędzi w sposób skuteczny, mimo korzyści, jakie może przynieść dobrze zaprojektowany program.
Nie ma wątpliwości co do tego, że sterowniki przemysłowe stały się „mądrzejsze”. W ciągu ostatnich kilku lat ilość informacji, jakie jest w stanie przesłać przepływomierz czy siłownik zaworu, znacznie wzrosła. Ale samo dodanie tych funkcji diagnostycznych do elektroniki nie powoduje powstania skutecznego programu zarządzania. Jednym z czynników jest fakt, że w większości branż nie istnieją standardy ani oczekiwania na temat tego, co zarządzanie powinno robić lub za co odpowiadaćjako część programu zarządzania aktywami. Niektóre branże podlegające poważnym ograniczeniom przepisami (jak np. sektor transportowy) stanowią wyjątki od tej reguły, ale niekoniecznie są sensownym przykładem, za którym może podążać reszta świata.
Możliwości
Skuteczne wykorzystanie możliwości automatycznej diagnostyki w urządzeniach w większym kontekście programu zarządzania aktywami może przynieść ogromne korzyści w produkcji na wielu poziomach. Pierwszym i najbardziej oczywistym skutkiem jest wzrost wydajności i skuteczności działań związanych z utrzymaniem ruchu. Oto typowa sytuacja: jedną z najczęściej spotykanych odpowiedzi udzielanych przez techników utrzymania ruchu jest: „nie znaleziono problemu”. Dzieje się tak wtedy, kiedy:

  • zespół techników wysłano w teren ze sprzętem do przeprowadzania testów,
  • zespół spędził dużo czasu i poniesiono spore koszty, szukając usterek i usuwając je,
  • wyszukiwanie i usuwanie usterek mogło narazić zespół na pewne ryzyko,
  • czynność ta w najlepszym wypadku tylko opóźniła rozwiązanie początkowego problemu.

Skuteczne narzędzia diagnostyczne mogą spowodować, że czynności te będzie można szybko i łatwo przeprowadzić z centralnego obiektu kontrolnego lub nawet z odległego miejsca. Koncepcja przesyłania danych do specjalisty zamiastściągania specjalisty do problemu to koncepcja posiadająca wielki potencjał i zbyt rzadko wykorzystywana, jednak jej powodzenie zależy od prawidłowego wdrożenia odpowiedniego zestawu narzędzi diagnostycznych i skutecznych procesów roboczych.
Druga i potencjalnie znacznie większa zaleta automatycznej diagnostyki wynika z możliwości wykrywania i usuwania usterek, zanim zaczną one wywierać większy wpływ na pracę zakładu. W tym przypadku usuwanie (naprawa) ma dwa znaczenia. Jedno z nich to automatyczna obsługa usterki dzięki konfiguracji układu sterowania. Technika ta jest szeroko wykorzystywana, jednak daleko jej do uniwersalności. Drugie znaczenie wiąże się z interwencją ludzką w celu usunięcia w czasie rzeczywistym usterki będącej jeszcze w stadium początkowym. Ten drugi wariant jest możliwy i praktyczny, jednak rzadko się go stosuje. Usuwanie usterek jeszcze w stanie początkowym, kiedy nie stało się jeszcze nic złego, wymaga nowych praktyk roboczych, które są obce większości organizacji zajmujących się konserwacją i obsługą systemów. Wdrożenie środków umożliwiających usunięcie usterki, zanim zacznie ona mieć wpływ na funkcjonowanie zakładu, może zapewnić znaczny wzrost rentowności, bezpieczeństwa i zmniejszyć wpływ na środowisko naturalne przy minimalnych inwestycjach w infrastrukturę fizyczną.
Przegląd barier
Jeśli weźmie się pod uwagę duże zachęty i niski koszt inwestycyjny zarządzania aktywami, technologia ta powinna być wykorzystywana na szeroką skalę. Rzeczywistość jest inna. Rzućmy okiem na bariery i zasugerujmy jakieś możliwe rozwiązania.
Pierwszą przeszkodą jest bariera technologiczna. Dostępne narzędzia do zarządzania aktywami są tradycyjnie niekompletne, trudne w obsłudze, kiepsko zintegrowane (wiele narzędzi, których funkcje zachodzą na siebie), szybko ewoluują, zaś sprzedawcy nie oferują dobrego wsparcia. Często zdarza się, że użytkownicy nie mają zasobów technicznych niezbędnych do pokonania tych barier i zintegrowania rozwiązania, które jest praktyczne i możliwe do wykorzystania przez organizacje przemysłowe. Dobra wiadomość jest taka, że narzędzia te stają się coraz lepsze i użytkownicy są w stanie zademonstrować skuteczne sposoby ich wykorzystywania. Zaś zła to to, że skuteczne wykorzystanie narzędzi i umiejętności techniczne niezbędne do skutecznego ich zastosowania zdarzają się rzadko.
Drugi problem związany z zarządzaniem aktywami to zarządzanie. Wszystkie problemy techniczne można rozwiązać, pod warunkiem że istnieć będzie wsparcie zarządu. Jednak wsparcie zarządu nie jest czymś oczywistym. Aby zarząd wspierał długoterminowy program zarządzania aktywami, musi otrzymać za to nagrodę. Jeśli otrzymuje nagrody tylko za wyniki kwartalne, działania konserwacyjne będą odwlekane tak długo, aż jedno z aktywów odmówi współpracy. Krótkoterminowe skutki odkładania konserwacji na później są często żadne. Długoterminowe skutki odwlekania jej w nieskończoność są zawsze złe dla danego aktywa.
Nagrody dla zarządu za zarządzanie aktywami wymagają dobrych wskaźników, dobrej sprawozdawczości i skutecznych audytów. By można było stosować skuteczne nagrody, musi istnieć dobra karta wyników. W przypadku wielu zakładów taka karta niekoniecznie istnieje.
W razie braku dobrego systemu zarządzania kiepskie wyniki są często traktowane jako problem natury technicznej lub po prostu normalny stan rzeczy. Kto ma podejmować działania na podstawie informacji diagnostycznych? Technicy utrzymania ruchu? Nakazanie technikowi, by spojrzał na niezrozumiałą masę nieuporządkowanych danych diagnostycznych i zdecydował, co powinno się zrobić na podstawie tych informacji, jest w wielu organizacjach bardzo trudne lub wręcz niemożliwe. Prawidłowo wdrożone systemy mogą zapewnić porządek i nadanie priorytetów, dzięki czemu dane staną się przydatne dla organizacji technicznych i utrzymania ruchu.
Nie zwlekaj
Wdrożenie programu zarządzania aktywami jest projektem samym w sobie. Może to być samodzielny projekt dla istniejącego obiektu lub też dodatek do nowej konstrukcji lub programu modernizacji systemu sterowania. W przypadku istniejącego obiektu często występuje wiele odseparowanych od siebie, niewykorzystywanych informacji diagnostycznych w inteligentnych sterownikach przemysłowych, które nie są podłączone do inteligentnego systemu. Koszt wdrożenia narzędzia systemowego w istniejącym zakładzie może być problemem, jednak jest do zaakceptowania. W przypadku nowej konstrukcji dodatkowy koszt narzędzi do zarządzania aktywami jest tak niski, że niemalże nieistotny. Ale mówimy tylko o stronie sprzętowej. W obu przypadkach tak samo wprowadzić trzeba procesy robocze, szkolenie, wskaźniki i procesy zarządzania.
Pierwsza faza każdego projektu nazywa się projektem podstawowym (front-end design – FED) lub nosi jakąś podobną nazwę i jest to faza, w której właściciel decyduje, co i jak chce zrobić. Wdrażanie zarządzania aktywami wymaga planowania na tym etapie projektu. Przepis na katastrofę to kupić jakieś oprogramowanie do zarządzania aktywami, wykorzystać je w domyślnej konfiguracji przy przekazaniu do eksploatacji i przekazać je technikom utrzymania ruchu jako narzędzie do wykrywania i usuwania usterek. Gdy tylko zespół projektowy wyjdzie z zakładu, pozostawiając tak ustawione narzędzie, prawdopodobnie nie zostanie ono już nigdy więcej użyte.
Jedną z pierwszych czynności w programie zarządzania zasobami jest stworzenie rankingu krytyczności dla każdego elementu ważniejszego wyposażenia i dla każdego urządzenia. Jest to często bolesny proces, ale jeśli nie ma się do tego celu dobrego systemu, wszystko zostanie ocenione jako krytyczne. Dzieje się tak dlatego, że ludzie wiedzą, iż jeśli czegoś nie sklasyfikuje się jako krytyczne, tonie zostanie to naprawione. Żeby można było stworzyć prawidłowy ranking krytyczności, trzeba wiedzieć, jak poważne będą skutki usterki i znać prawdopodobieństwo wystąpienia problemu. Oczywiście, kiedy faktycznie włączy się alarm dotyczący danego urządzenia, wtedy interesują nas już tylko skutki, ponieważ prawdopodobieństwo wynosi 100%. Właśnie zdarzyła się awaria. W tym momencie interesują nas tylko skutki i to zadecyduje o tym, jak ustawione zostaną priorytety alarmowania o usterkach.
Z tych informacji na temat krytyczności będzie się korzystać przez cały proces projektowania, podczas wykonywania innych czynności utrzymania ruchu i planowania. Jednak wiele osób nie robi tego na etapie projektu podstawowego, często czekając do momentu, gdy budowa systemu zostanie zakończona, będzie on zainstalowany i uruchomiony. Myślą wtedy: “Musimy teraz przeprowadzić konserwację, więc przygotujmy jakiś ranking krytyczności”. Jeśli projekt ma być efektywny, trzeba to wykonać w fazie projektowania.
W fazie projektu podstawowego należy także przyglądać się liście dostawców. Potrzeba wykwalifikowanych dostawców, nie tylko otwartych ofert. A ci, których wybraliście, muszą przygotować masę szablonów, ponieważ urządzenia inteligentne z diagnostyką mają miliony ustawień domyślnych. Jest masa pracy z bazami danych, którą trzeba zacząć wcześnie, by można było zaimportować wszystkie te szablony i przejść od razu do procesu projektowania i konstrukcji.
Jeśli zacznie się prace wystarczająco wcześnie i będzie je prowadzić systematycznie, proces budowy i rozruchu zakładu będzie przebiegał szybciej i o wiele bardziej gładko. Podczas projektowania i testów fabrycznych trzeba wykonać konstrukcję, stworzyć narzędzia i przeszkolić ludzi. Należy wykorzystywać całą tę diagnostykę w tych fazach, podczas instalacji, przekazania do eksploatacji i kontroli pętli. Zazwyczaj w tym momencie system zarobił już na siebie. Z doświadczenia mogę powiedzieć, że w większości zakładów, w których ten proces przeprowadzaliśmy, wykrywamy i usuwamy błędy z systemu, dokonujemy rozruchu zakładu, kontrolujemy powtórnie i weryfikujemy wszystko, eliminujemy wszystkie błędy, a następnie wyłączamy system i nigdy już do niego nie wracamy. Nawet mimo tego, że wartość systemu zwróciła się podczas budowy i przekazania do eksploatacji, właściciel zakładu nie skorzystał z wielkiego zwrotu inwestycji, jaki ma miejsce podczas eksploatacji zakładu.
Ignorowanie systemu, gdy tylko zakład zacznie działać, nie musi być normalną koleją rzeczy. Niestety, rzeczywistość jest taka, że zespoły techniczne i utrzymania ruchu generalnie nie mają środków, by stworzyć system zarządzania aktywami, jeśli nie wdrożyła go organizacja projektowa.
Karmienie czarnej dziury
Jedną z rzeczy, które powiedziałem podczas rozmowy na ten temat, było to, że większość informacji diagnostycznych trafia do czarnej dziury. Często wywołuje to pełne niedowierzania spojrzenia. Nie chodzi o to, że dane nie są dostępne, a o to, że chyba nikt nie wie, co zrobić ze zbieranymi informacjami. Rozrzucone i niewykorzystywane informacje diagnostyczne nie są jedynym problemem. Chodzi o narzędzia i procesy robocze. Nie jest trudno podłączyć modemy do urządzeń HART. Można podłączyć modemy do przewodów taniej niż instalować bezprzewodowe komunikatory HART. Ale nie na tym polega problem. Problem polega na tym, że gdy już ściągnie się dane, to co dalej z nimi robić? Jakiego rodzaju systemu będzie się używać do zarządzania danymi, generowania sprawozdań, uruchamiania alarmów i pilnowania, by konfiguracja była prawidłowo obsługiwana i aktualizowana? Można doprowadzić strumień danych do centrali,ale o ile czegoś się z nimi nie zrobi, dane powędrują do „kubła z bitami”. Jeśli wszystko co robisz to zastosowanie bezprzewodowego THUMS, to tylko karmisz czarną dziurę. To nie jest problem natury technicznej – to problem z systemem i zarządzaniem. Dlatego właśnie cała ta dyskusja staje się taka skomplikowana i jest takim wyzwaniem.
Tworzenie tych procesów roboczych jest kluczowym posunięciem przy tworzeniu systemu nadającego się do eksploatacji, zaś dostawcy systemu nie zawsze pomagają. Ich narzędzia mogą nie pasować do procesów roboczych danego użytkownika. Choć sytuacja się poprawia, użytkownicy muszą tworzyć własne narzędzia do zarządzania aktywami i procesy robocze, ponieważ na rynku nie mogą znaleźć tego, czego potrzebują. Niektórzy dostawcy oferują złożone programy i procesy do procedur predyktywnych, w których przeprowadza się zoptymalizowaną, planową konserwację na podstawie historii, częstotliwości występowania awarii, krytyczności i tym podobnych czynników, ale niczego, co wykorzystywałoby diagnostykę jako proces roboczy. Trzeba objąć wszystkie węzły systemu, sieci i moduły, ale zazwyczaj zarządzanie aktywami skupia się na sterownikach przemysłowych. Nie można po prostu pominąć węzłów i sieci jako należącychdo „gości od systemów”. Musimy zarządzać całym aktywem w jednym systemie.
Ważne jest, by zrozumieć, że czarna dziura pożera nie tylko informacje diagnostyczne, ale także dane konfiguracji urządzeń. Dokładność konfiguracji jest niepewna, jeśli się nią starannie nie zarządza. Rozwiązanie polega na wykorzystywaniu bazy danych konfiguracyjnych obejmującej cały system, która jest stale synchronizowana ze sterownikami. Ten poziom dokładności konfiguracji można osiągnąć w starannie zintegrowanych systemach, ale nie za pomocą ręcznych, przenośnych narzędzi konfiguracyjnych.
Zarządzenie priorytetami
Tradycyjna technologia utrzymania ruchu do zarządzania priorytetami utrzymania ruchu to macierz niezawodności. Przeprowadziliśmy ocenę ryzyka i ustaliliśmy, że urządzenie to ma priorytet średni do niskiego. Patrzymy na listę tego, co mamy zrobić, i ile krytycznych rzeczy mamy w planie na dziś, i wszystko to, co ma niski priorytet odkładamy na później, czasem na zawsze. Wszystko. Być może nawet – z powodu budżetu – nie zajmiemy się tym, dopóki inwestycja się nie zwróci, więc w urządzeniach o niskim priorytecie kumulują się usterki. To działa, jeśli tych usterek jest mało. Wystarczająco duża liczba usterek o niskim priorytecie może spowodować awarię systemu na większą skalę, ponieważ operatorzy nie będą wiedzieć, co się dzieje. Nie będzie wystarczającej ilości pomiarów ani urządzeń sterujących – nie będzie można kierować zakładem. Awarie systemowe mają poważniejsze konsekwencje niż awarie urządzeń o niskim priorytecie, ale traktowanie urządzeń w oderwaniu od siebie może doprowadzić do powstania problemów obejmujących cały system, które nie dają się modelować ani zarządzać za pomocą prostej matrycy decyzyjnej.
Często po poważnej awarii lub ogólnozakładowej katastrofie, w trakcie dochodzenia okazuje się, że było wiele sygnałów narastającego problemu, ale nikt nie był w stanie ich zauważyć ani prawidłowo zinterpretować tego, co widzi. Diagnostyka sterowników przemysłowych próbowała ostrzec o narastającym problemie, ale nikt nie był w stanie połączyć ze sobą faktów. Często drobiazgi kumulują się do momentu osiągnięcia masy krytycznej. Kumulacja małych (niskopriorytetowych) problemów to zjawisko występujące dziś powszechnie w spółkach operacyjnych. Dostrzeże się ją, gdy spojrzy się na analizę katastrofy. Ten drobiazg nawalił, tamten się zepsuł, a potem jeszcze jeden i nikt nie podniósł alarmu, bo psuły się tylko drobiazgi. Po pewnym czasie zebrała się wystarczająca ilość drobiazgów i stały się one poważnym problemem. Jeśli odpowiednio ustawi się dziurki w szwajcarskim serze, powstanie dziura na wylot. To kolejna porażka zarządzania.
Przyczyną jest także brak odpowiedniej technologii, ponieważ nie znamy sposobu modelowania zbioru awarii. Gdy spojrzy się na modele systemu bezpieczeństwa, widzi się poszczególne usterki i model zakłada, że wszystko inne działa, usterce uległo tylko jedno urządzenie. Jeśli chodzi o dziedzinę podstawowej kontroli procesu, takiego założenia nie można przyjąć. Można generalnie założyć, że jednocześnie istnieje duża liczba usterek, których nie usunięto, i że powoli kumulują się one z czasem. Audyty zakładów często ujawniają taki stan rzeczy. Zazwyczaj są to zakłady funkcjonujące na granicy opłacalności i właściciele nie mogą się zdecydować, zamknąć je czy nie. Można przeorganizować takie zakłady, ale to nie dotyczy utrzymania ruchu – to odbywa się na skalę projektu.
Przesyłanie danych we właściwe miejsce
Gdy tylko wprowadzony zostanie odpowiedni system zbierania danych i rozpocznie się organizowanie procesów roboczych, trzeba ustalić, dokąd przesyłany będzie strumień danych. Tradycyjne pytanie brzmi: czy trafion do działu utrzymania ruchu, czy do operatorów. To nie jest trudny proces, jeśli przestrzega się kilku prostych zasad: jeśli niezbędne są natychmiastowe działania ze strony operatorów, należy wysyłać alarmy do operatorów, tak samo jak do utrzymania ruchu. Filozofia „alarmowa” dla operatorów polega na tym, że trzeba reagować na indywidualne wydarzenia w miarę, jak się one pojawiają. Liczba alarmów musi być ograniczona, by operator mógł podejmować odpowiednie działania w czasie rzeczywistym.
Jeśli chodzi o utrzymanie ruchu, nie chcemy reagować na pojedyncze wydarzenia. Chcemy rejestrować każdy drobiazg, który się wydarzy, a następnie wykorzystywać raporty do przeglądania wszystkich tych zarejestrowanych zdarzeń i wyciągania wniosków. Patrzy się na historię i analizuje, co zdarzyło się raz, co kilka razy, jak wysoki był priorytet i czy zdarzenie dotyczyło kilku urządzeń. Na podstawie raportów można dostrzec trendy, które przestają być widoczne, jeśli patrzy się na pojedyncze wydarzenia. Pojedynczy problem z instalacją powietrza może być przyczyną setek wydarzeń dziennie. Potrzebny jest format sprawozdawczy, który będzie mógł zebrać to wszystko razem i określić wspólne źródło. Jest oczywiste, że skuteczny program zarządzania zasobami, wykorzystujący informacje diagnostyczne od inteligentnych urządzeń, może dać duże dywidendy.
Kiedy jest gotowe?
Naprawdę łatwo można to stwierdzić. Jeśli stale wykorzystujesz informacje diagnostyczne, aby ustalić, na czym polegała awaria danego urządzenia po tym, jak w zakładzie wystąpiła nieoczekiwana przerwa w pracy, zadanie nie zostało wykonane. Jeśli dysponujesz dużą bazą zapisanych danych na temat tego, kiedy informacje diagnostyczne wykorzystano do zapobieżenia nieplanowanej przerwie w pracy zakładu, to jesteś na właściwej drodze.
Herman Storey to główny specjalista ds. technologii w firmie Herman Storey Consulting, często występuje także jako prezenter w programach poświęconych zarządzaniu aktywami i innym zagadnieniom.
CE